蜂窝IoT深度对比：EC-GSM-IoT、NB-IoT与LTE-M性能全景
编者注：对无处不在IoT连接的增长需求与面向IoT的新兴蜂窝技术完美契合。开发者现需这些技术及其实际应用的详尽可靠洞察。 本文摘自蜂窝物联网一书，介绍塑造IoT版图的关键概念与技术。 前序系列中，作者探讨了演进的蜂窝生态系统、其在IoT中的角色、驱动大规模机器类通信(mMTC)和超可靠低时延通信(URLLC)的技术。
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改编自Olof Liberg、Marten Sundberg、Eric Wang、Johan Bergman、Joachim Sachs著蜂窝物联网。
第9章 竞争性IoT技术格局(续)
9.3 CIoT技术选择
9.3.1 CIoT技术对比
第3-8章深度分析EC-GSM-IoT、NB-IoT、LTE-M。此处综合关键性能指标与特性。NB-IoT聚焦带内和独立部署；保护带模式性能相似，第8章涵盖。
9.3.1.1 覆盖与数据率
所有CIoT技术上下行数据率汇总于图9.7和9.8，跨变化耦合损耗。每技术提供高达164dB耦合损耗(MCL)扩展覆盖，较遗留GSM、UMTS、LTE网络大幅改进。EC-GSM-IoT以33dBm发射功率达164dB——比NB-IoT和LTE-M达同覆盖所需功率高10dB。
极限覆盖164dB下，NB-IoT控制信道块错误率低于EC-GSM-IoT和LTE-M，鲁棒性更强。LTE-M和EC-GSM-IoT可采用跳频获频率分集和覆盖韧性。
图9.7：覆盖与物理层数据率——上行。
图9.8：覆盖与物理层数据率——下行。
图9.7和9.8表格展示瞬时峰值物理层数据率(仅信道)和含调度控制开销的有效速率。假设所有技术半双工；LTE-M设备也可配置全双工，逼近瞬时峰值速率。速率展示理想链路、144dB(小区边缘)、154/164dB(10/20dB扩展覆盖)。
正常覆盖内LTE-M上下行数据率持续优于NB-IoT和EC-GSM-IoT。扩展覆盖中上行速率受发射功率限制，三技术均依赖重传满足链路质量。164dB处可达速率趋同；EC-GSM-IoT因更高输出功率略微领先。LTE-M同一LTE载波内较带内NB-IoT也享更高数据率。
三技术均满足3GPP要求：164dB MCL下160bps。
9.3.1.2 时延
时延用异常报告评估——高重要性、低频消息(85字节)。三技术均满足3GPP时延目标10秒(Release 13)。正常覆盖内LTE-M因更高数据率提供略低时延。扩展覆盖中EC-GSM-IoT因更高发射功率产生更高数据率达最低时延。独立NB-IoT因更强下行信道比带内NB-IoT时延更低。
图9.9：异常报告时延。
9.3.1.3 电池寿命
电池寿命用两节AA电池(总5Wh)和功放效率45-50%评估所有技术。所有CIoT设备采用激进睡眠周期，仅数据传输时唤醒否则留深度睡眠。高效流程减少信令开销，对小消息传输关键。
图9.10展示每日200字节报告的寿命。表9.5汇总跨消息大小和周期性的寿命。各技术典型条件下均支持至少10年电池寿命；最坏164dB MCL下，仅每日传输能达10年。更频繁上报(如每2小时)在164dB下寿命降至1-3年。
图9.10：每日200字节消息设备电池寿命。
表9.5：电池寿命。
三CIoT技术均满足或有望满足3GPP 164dB MCL下10年电池寿命要求。
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